Selectarea materialelor pentru instrumente EDM

EDM a fost întotdeauna una dintre tehnologiile „rare”. Pe de o parte, cererea pieței nu este atât de mare în ceea ce privește numărul de piese, astfel încât poate fi clasificată de obicei ca o tehnologie de producție individuală. Pe de altă parte, datorită complexității tehnologiei, aceasta a solicitat întotdeauna un nivel ridicat de expertiză atât de la designeri, cât și de la tehnologi pentru a beneficia la maximum de aceasta.

Complexitatea sa provine, pe de o parte, din numeroasele rezultate „experiențiale” pe care tehnologia și știința nu le pot oferi o explicație solidă - de exemplu, ce se întâmplă exact „în timpul formării scânteii - și, pe de altă parte, din diversitatea tehnologiei . În acest articol, vom rezuma proprietățile diferitelor materiale pentru instrumente EDM în câteva gânduri și impactul acestor proprietăți asupra tehnologiei. Acoperim două domenii principale: materiale pentru scule EDM cu bloc și fir.

Conţinut:

1. Sârmă EDM

1.1. Caracteristici cheie

1.1.1. Conducere

1.1.2. Proprietăți mecanice

1.1.3. Proprietati termice

1.2. Diferite calități materiale și modele de sârmă

1.2.1. Cupru

1.2.2. Alamă

1.2.3. Firele de molibden și tungsten

1.2.4. Firele acoperite

1.2.5. Sârme difuzate stratificate

2. Blocați EDM

2.1. Electrod de grafit

2.2. Cupru și alți electrozi metalici

3. Rezumat

1. Sârmă EDM

1.1. Caracteristici cheie

1.1.1. Conducere

Una dintre cele mai importante caracteristici materiale ale firelor este conductivitatea electrică. În practică, se utilizează o altă măsură decât unitatea SI, care este IACS (International Annealed Cooper Standard)., care este dat ca procent. Cuprul pur este de 100%, comparativ cu conductivitatea altor materiale, 63% pentru aluminiu, 32% pentru molibden, 28% pentru zinc și 20% pentru 63/37 alamă. Această măsură oferă conductivitatea electrodului ideal în raport cu cuprul. Importanța sa determină calitatea conducției curentului utilizat pentru tăiere, adică eficiența cu care curentul electric raportat poate fi utilizat pentru prelucrare și ce proporție este utilizat pentru căldură.

1.1.2. Proprietăți mecanice

Una dintre cele mai caracteristice proprietăți mecanice ale firelor este rezistența lor, care este de obicei dată în N/mm2 sau MPa. Deși tăierea nu se face cu forța, ci prin căldura rezultată din descărcarea electrică, este esențial în timpul prelucrării ca firul să fie ținut într-o oarecare măsură de mașină, evitând astfel posibilele erori de toleranță la formă. Sârme cu o putere de 900 MPa sau mai mult pentru fire dure, fire cu o putere de 440-460 MPa pentru fire moi numit. Rezistența este, de asemenea, importantă pentru filetare, cum ar fi filetarea cu jet de apă.

Duritatea firului este o considerație critică. Pe de o parte, afectează semnificativ prelucrarea formelor conice. Sârmele dure pot fi aplicate la un unghi de 5-7 ° numai dacă unghiul conului este mărit în continuare, sârma nu se îndoaie la găurile celor două ghidaje, se îndoaie mai departe într-o anumită rază, ceea ce împiedică rectitudinea sârmei . Acest fenomen apare doar dacă proiectarea mașinii-unelte nu asigură înclinarea unghiulară a capetelor de ghidare. Sârmele moi pot fi utilizate pe toate tipurile de mașini pentru a crea șanfre și conuri. În schimb, firele dure sunt mai potrivite pentru filetarea automată. Statistic, firele dure se rup mai puțin în timpul filetării decât firele moi.

O altă proprietate mecanică notabilă este alungirea firului. Alungirea firelor dure este de ordinul 1-2%, cea a firelor moi 10-15%. Alungirea afectează așa-numita „spălare”, adică cât de „curat” rămâne spațiul de tăiere după scântei, în funcție de parametrii tehnologici. Dacă firul se întinde minim, secțiunea sa scade la ieșirea piesei de prelucrat împreună cu cantitatea de material scânteiat de pe fir, crescând astfel ieșirea sărurilor metalice rezultate din spațiul de prelucrare, dar aici vorbim despre ordinele micronilor de mărime. Este important să rețineți că așa-numita „fluiditate” este una dintre cele mai importante proprietăți ale firului, care este influențată de o serie de factori, inclusiv proprietățile mecanice ale materialului. În literatura engleză se numește „fluiditate”, care reflectă perfect „capacitatea de tăiere” a firului.

Proces EDM cu fir

1.1.3. Proprietati termice

Să ne ținem puțin de această evazivă „spălare”. În timpul formării scânteii, când tensiunea atinge tensiunea de rupere a dielectricului, materialele ies din dielectric într-o stare diferită din cauza căldurii. În timpul ieșirilor, diferite săruri metalice și ulterior piese metalice solidificate de dimensiuni micronice pot rămâne în zona de tăiere. Acestea se pot re-topi la următoarea scânteie sau pot provoca un scurtcircuit local. Aceste fenomene, pe de o parte, reduc eficiența tăierii și, pe de altă parte, pot provoca arsuri locale, ceea ce înrăutățește rugozitatea suprafeței. În mod ideal, materialul nu se topește, ci se evaporă sau se sublimează. Acest lucru este influențat în mod semnificativ de diferitele temperaturi termice ale piesei de prelucrat și ale materialului de sârmă (punctul de topire și căldură, punctul de evaporare și căldura).

Un aspect important este rezistența la căldură a materialului, adică nivelul la care își menține proprietățile mecanice la diferite temperaturi. Ca urmare a descărcărilor, firul primește un șoc termic periodic, la care materialul răspunde cu întărirea, schimbându-și astfel rezistența și duritatea, care pot afecta calitatea tăierii din motivele menționate mai sus.

1.2. Diferite calități materiale și modele de sârmă

1.2.1. Cupru

Primul material de sârmă este cuprul. Conductivitate de neegalat (IACS 100%). Dezavantajul este proprietățile sale mecanice slabe. Nu numai că se întărește sub influența căldurii, dar poate deveni și fragil. Fragilitatea poate fi o problemă în punctul inferior de ghidare a firului, se poate îndoi într-o rază atunci când tăiați cu un con, nu în formă de punct. La înălțimi ridicate de tăiere, conductivitatea modificată a materialului fragil poate provoca neomogenitate la nivelul suprafeței. Punctul său de topire scăzut îl face delicat pentru setarea parametrilor tehnologici. Doar generatoarele de energie de a doua generație au reușit să gestioneze această proprietate a cuprului pur la un anumit nivel, extinzând astfel gama de parametri tehnologici aplicabili.

Preformă de cupru pentru electrozi

1.2.2. Alamă

Brass este „jokerul vesel” al EDM cu fir. Alama este un aliaj de cupru și zinc. În Europa și în America, raportul cupru/zinc 63/37% este larg răspândit, în timp ce în Asia procentul 65/35%. Adăugarea de câteva procente de zinc la cupru reduce conductivitatea firului cu până la 10-20%, totuși datorită prețului său mai mic și a proprietăților mecanice și termice semnificativ mai bune, a devenit unul dintre cele mai utilizate materiale. Unul dintre cele mai mari rezultate ale firelor de alamă este aplicabilitatea alimentărilor crescute (în funcție de parametri). Mulți producători furnizează, de asemenea, 60/40 fire cu care se poate obține o creștere de până la 5-8% a furajului. Atunci de ce să nu faci fire cu un procent mai mare de zinc? Pentru a răspunde la acest lucru, trebuie să analizăm pe scurt producția de fire. Aliajul se efectuează înainte de turnarea blocurilor. Blocurile sunt transformate în fire prin etape tehnologice de înmuiere-rulare-întindere în mai multe etape. De obicei, un bloc de 50-60 mm este prefabricarea, deci în cazul firului de 0,3 mm, reducerea secțiunii transversale este imensă! Cu toate acestea, adăugarea de zinc limitează semnificativ formabilitatea materialului, așa că odată cu progresele tehnologice și tehnice de astăzi, cantitatea maximă de aliaj de zinc de 40% este limita.

1.2.3. Firele de molibden și tungsten

Cele două materiale sârmă cu cel mai dur și cel mai înalt punct de topire. Datorită rezistenței lor remarcabile, firele cu diametru mic sunt realizate din astfel de materiale. Dezavantajele lor sunt conductivitatea slabă și proprietățile termice mai slabe, astfel încât viteza de alimentare aplicabilă este limitată. Sistemul de ghidare a firelor din unele mașini este dificil sau imposibil de manevrat aceste materiale datorită fragilității materialului de sârmă și poate expune capetele de ghidare a firelor la abraziune datorită durității lor.

1.2.4. Firele acoperite

În cazul alamei, am văzut că există limitări la alierea materialelor. Ulterior, au început să producă materiale acoperite, încercând astfel să compenseze dezavantajele diferitelor materiale și să combine avantajele lor. Cuprul acoperit cu zinc este acum rar folosit. Stratul de zinc, care are o grosime de aproximativ 5 microni, este adesea fisurat din cauza coeficienților diferiți de expansiune termică a celor două materiale. Alama zincată este excelentă pentru tehnologii speciale precum grafit, tungsten sau tăiere PCD. (Diamantul este izolator electric, în timp ce PCD (diamantul poli-cristalin) este electric conducător datorită cantității mici de metale grele rămase în el datorită tehnologiei sale de fabricație, deci poate fi EDM).

Sârmă de cupru acoperită difuz cu zinc

1.2.5. Sârme difuzate stratificate

Un tip obișnuit de sârmă în practica de astăzi este sârmă difuză stratificată (sau acoperită). Miezul brut este aplicat prin difuzie pe stratul exterior, care are alte proprietăți materiale. În acest fel, eroarea de neomogenitate a firelor stratificate și constrângerile de aliere ale firelor omogene pot fi eliminate. Esența aplicării stratului difuz este după cum urmează: sub influența presiunii și temperaturii ridicate, diferența de concentrație în stratul de contact a două materiale diferite are ca rezultat creșterea migrării particulelor. Acesta este fenomenul difuziei. Astfel, schimbarea proprietăților materialului în secțiunea transversală a firului nu este bruscă, ci continuă. Prin urmare diferite tipuri de faze beta (gamma în cazul mai multor constituenți) sunt create pe suprafața firului, care se modifică procentual spre centrul firului. Exemple de fire bicomponente sunt firele de alamă stratificate beta-zinc-cupru și firele de miez de cupru. În cazul sistemelor cu mai multe componente, proprietățile mecanice și termice ale firelor pot fi ajustate pe scară largă. Un strat exterior poate îmbunătăți comportamentul termic, iar un strat intermediar poate îmbunătăți proprietățile mecanice. Desigur, îmbunătățirea unui parametru tehnologic semnificativ are întotdeauna o implicație a costurilor.

2. Blocați EDM

2.1. Electrod de grafit

Cu ce electrod lucrăm, cupru sau grafit, este decis în principal de locul în care lucrăm. Cazul electrodului utilizat în blocul EDM este unul dintre puținele care este influențat semnificativ de tradițiile de construcție a mașinilor. În America, 85% din cazuri utilizează un electrod de grafit, înlocuindu-l doar în cazurile care nu pot fi rezolvate cu grafit. În schimb, cuprul este cel mai comun material al electrozilor din Europa. Datorită creșterii companiilor multinaționale, granițele tradițiilor tehnologice și tehnice încep să se estompeze, dar în cazul selecției electrozilor, acest lucru este remarcabil și astăzi.

Blocați procesul EDM

Cel mai mare avantaj al grafitului este că nu se topește, ci sublimă. Adică nu se schimbă în stare lichidă din cauza creșterii temperaturii și a presiunii, se dizolvă imediat sub formă de gaz în lichidul electrolit. Astfel, este remarcabil în domeniul „capacității de clătire” menționat anterior. Proprietățile sale mecanice sunt atât un avantaj, cât și un dezavantaj. Densitatea redusă o face ideală pentru producerea de electrozi mari. Rezistența sa este mai slabă decât cea a electrozilor metalici, făcându-l vulnerabil.

În ceea ce privește fabricabilitatea, grafitul este remarcabil. Este ușor de măcinat, găurit și chiar măcinat. Nu se formează bavuri în timpul tăierii, astfel încât operația de debavurare care consumă mult timp poate fi omisă. În cazul formelor complexe din punct de vedere al frezării, în cazul tehnologiei de comutare cu mai multe unelte, trebuie subliniată direcția de frezare. Pentru prelucrarea grafitului se recomandă numai frezarea în paralel. În cazul frezării, instrumentul împinge așchii/materialul depus din piesa de prelucrat în timpul frezării pe colț, astfel încât fragilitatea grafitului să o poată rupe la margini, ceea ce reprezintă un defect mai critic decât debavurarea.

Preforma electrodului de grafit

Un alt dezavantaj este că grafitul are un cip praf, care poate distruge cu ușurință mediul mașinii și poate fi periculos pentru sănătatea umană pe termen lung. Datorită structurii sale poroase, este predispusă la absorbția apei, ceea ce poate afecta drastic calitatea tăierii. Pentru depozitare mai îndelungată, se recomandă uscarea materialului în plante cu mediu umed.

2.2. Cupru și alți electrozi metalici

Electrozi de cupru în cutia de instrumente

Un material obișnuit de aliere pentru cupru este un tungsten, tungstenul adăugat într-un procent mic poate îmbunătăți mult atât prelucrabilitatea, cât și tendința sa de a dezvolta tensiuni interne. Este rar, dar argintul și tungstenul argintiu sunt utilizate în tehnologii speciale. Pentru piesele mici cu raze mici, tungstenul pur sau carbura de tungsten sunt materialul dovedit al electrodului datorită rezistenței și rigidității sale excelente la căldură. Carbura de tungsten are cea mai mică pierdere/uzură specifică în timpul utilizării dintre materialele cunoscute ale electrodului de astăzi.

3. Rezumat

Am ajuns deja la următoarea concluzie într-o serie de articole, pe care trebuie să le tragem din nou: „Nu există cea mai bună mașină, tehnologie și instrument. Există doar o mașină, o tehnologie și un instrument bine utilizate. ”. Fiecare material de sârmă și bloc are avantajele și dezavantajele sale, aplicarea sa, starea mașinii - și, bineînțeles - expertiza tehnologului și operatorului mașinii determină „bunătatea” materialului. Multe materiale pentru electrozi sunt uzate din uz, dintre care unele apar neîntrerupt în aplicațiile de zi cu zi. Au încercat înainte firele compozite cu miez de oțel, fire de aluminiu, există încercări de a face electrozi din plastic acoperiți cu miez din metal, dar nu uitați: instrumentul nu este purtat de cunoștințe, expertiză, educație sau articole publicate pe CNCMedia afară prin utilizare. Despre ce tehnologie, mașină sau material va rezista testului timpului, merită să vorbim.